Новые солнечные батареи на основе наночастиц будут гибкими
Ученые разработали углеродный материал, способный изменить метод сбора солнечной энергии. Новый
материал для солнечных батарей — это прозрачный проводник, сделанный
из углеродных нанотрубок. Он обеспечивает альтернативу текущей
технологии, при которой солнечные батареи ломкие и зависят
от относительно редкого минерала.
Благодаря изобилию углерода на планете у углеродных нанотрубок
есть потенциал повышения долгосрочной рентабельности солнечной энергии.
Механическая гибкость материала позволит интегрировать солнечные
батареи в текстиль и одежду, что приведет к возможности накопления
портативных запасов энергии, которые повлияют на все от личной
электроники до военных операций.
Исследование провели профессор
материаловедения Марк Герсам, профессор химии Тобин Маркс и профессор
материаловедения Владимир Ипатьев.
Результаты опубликованы в издании Advanced Energy Materials.
Солнечные
батареи состоят из нескольких слоев, включая прозрачный проводник,
который позволяет свету проникать в батарею и преобразоваться
в электричество. Проводник должен одновременно быть
как электропроводящим, так и оптически прозрачным. Немного материалов
обладают обоими свойствами.
Сегодня доминирует оксид индия
и олова, и именно он используется в прозрачных проводниках,
однако данный материал обладает двумя ограничениями. Оксид индия и олова
механически хрупок, а потому его нельзя применять в устройствах,
для которых требуется механическая гибкость. Кроме
того, данный материал зависит от относительно редкого элемента — индия,
а потому потребности в нем при изготовлении солнечных батарей способны
взвинтить цену на индий до заоблачных высот. «Именно
поэтому нам необходимо выявить материалы, которых особенно много
на планете, такие как углерод, которые могли бы занять место индия
в солнечных батареях», сказал Герсам.
Ученые совместными усилиями
разработали альтернативу оксиду индия и олова, использовав одностенные
углеродные нанотрубки — крошечные полые углеродные цилиндры диаметром
один нанометр.
Далее ученые определили тип нанотрубки, который оказался бы наиболее эффективным в прозрачных проводниках. Свойства нанотрубок
изменяются в зависимости от диаметра и хирального угла, который
определяет упорядоченность атомов углерода по всей длине нанотрубки.
Эти свойства определяют два типа нанотрубок — металлические
и полупроводниковые.
Металлические нанотрубки, как выяснили исследователи, в 50 раз эффективней полупроводниковых. «Теперь
мы точно определили тип необходимой углеродной нанотрубки, которая
должна использоваться в этом устройстве», сообщил Герсам.
Поскольку углеродные нанотрубки гибкие, результаты исследования могут позволить массу новшеств в солнечных батареях. Так, солнечные батареи могут интегрировать в армейские палаточные тенты, либо в предметы одежды, рюкзаки или даже портмоне. «С новой технологией намного проще продвигать солнечную энергию в повседневную жизнь», заключил Герсам.
Теперь
ученые исследуют другие слои солнечных батарей, чтобы также
по возможности найти им более эффективную замену на основе углеродных
наноматериалов.
Благодаря изобилию углерода на планете у углеродных нанотрубок
есть потенциал повышения долгосрочной рентабельности солнечной энергии.
Механическая гибкость материала позволит интегрировать солнечные
батареи в текстиль и одежду, что приведет к возможности накопления
портативных запасов энергии, которые повлияют на все от личной
электроники до военных операций.